前篇文章为大家介绍了在我国基建建设领域中地下非盾构隧道。尤其是钻爆隧道工程中的几个关键技术领域的突破。这里结合中铁十二局和中铁隧道局承建的两条典型深埋特长岩爆隧道建设技术总结一下这类地质特点隧道的应对技术。
1.乌兹别克斯坦安革连(Angren)-琶布(Pop)单线电气化铁路甘姆奇克隧道隧道全长19.268km,是中亚第一长隧道,乌国一号工程、中乌最大单体合作项目,与2013年7月29日开工,2016年2月25日安全贯通,其走向为S64︒E,隧道大部分区域为高埋深地段,超过7km埋深超过700米,最大埋深1275米。大埋深地段围岩为石英斑岩、花岗岩及花岗正长岩等脆性岩石,发生岩爆的可能性极高。(隧道出口照片)
在乌兹别克斯坦安琶铁路甘姆奇克隧道隧道施工中研究并成功应用了岩爆预报技术、岩爆段应力释放及防护技术、机械化配套安全快速施工技术,克服了3000多次中强列岩爆。
1)采用微上台阶开挖法施工有效降低拱部岩爆的强度。2)掌子面和洞壁经常喷晒冷水,降低表层围岩强度。3)控制光面爆破效果,减小围岩表层应力集中。4)采用超前钻孔、松动爆破或者振动爆破解除应力,使岩体 应力降低,在开挖前提前释放部分能量。5)局部地段采用水胀式锚杆进行施工。
2.川藏铁路拉林铁线巴玉隧道位于西藏自治区藏南谷地桑加段(桑日至加查)下游段,以越岭的形式行走于雅鲁藏布江右(南)岸,进口段地形非常险峻,坡度45︒~75︒,设计里程DK190 408,内轨顶面绝对高程为3468.04m;出口段地形自然坡为45︒~55︒,设计里程DK203 455,内轨顶面绝对高程为3343.41m;隧道为平坡和下坡,全长13047延米,全线94%区段为岩爆区,最大埋深2073m,是拉林铁路控制性工程的“两隧一桥”——桑珠岭隧道和巴玉隧道以及巴玉雅鲁藏布江三线大桥控制性工程之一(隧道进口照片)
巴玉隧道所处工程区岩性单一,大部分为第三系始新统溶母棍巴单元中粒角闪黑云花岗岩(E2R),部分区段夹杂极少量伟晶岩脉(ρ),构造发育轻微,在里程DK200 006左右穿越藏木断层,破碎带宽度30~50m,工程区域绝对高程3260~5500m,高差近2300m,是具有典型代表特点的高山峡谷地貌。隧道开挖施工面临着严峻的高地应力及岩爆灾害问题。针对高岩爆活动为主的特征,采取了以下施工防治措施:
1)采用城门洞型横断面,底部拱脚采用增强光面板,进行圆滑处理,降低应力集中现象。2)开挖爆破前对岩面喷洒高压水软化围岩,并在岩壁上开凿释放孔,在孔内注射高压水,劈裂岩体。3)采用“直眼掏槽”法,配合水压爆破技术,先将液态水渗透到岩体裂隙,实现软爆破,提高光面爆破效果的同时,减轻爆破应力对围岩的扰动。4)缩短开挖进尺初期支护后采用涨壳式预应力中空锚杆,增强围岩支护强度,减少地应力冲击空间,使用钢纤维混凝土锚喷支护。5)采用三臂综合凿岩台车,实现超前钻孔、加深炮孔、锚杆及开挖作业一体化,采用湿喷机,可快速完成喷锚作业,缩短人员数及在洞内停留时间。6)自主研制防岩爆设备,为隧道量身研制了多功能移动防护台车,保护人员及设备安全。人员全部佩戴安全防护用品,穿戴防爆服,主要施工设备上在关键部位架设防护网、防护钢板等安全防护措施,以抵挡岩爆飞射。7)主动出击,侦测岩爆动态,并与中科院等单位合作,分别进行地应力检测、岩爆微震监测和超前地质预报,对前方围岩特性、岩爆发生情况做出有针对性的预测,指导作业施工。
3.类比同类岩爆隧道的示范技术总结。1)甘姆奇克隧道的岩爆主要是由于花岗闪长岩和正长斑岩属脆性围岩,在高地应力作用下可以有效集聚弹性应变能以及围岩内赋存很高的水平向构造残余应力引起的。仅在埋深40m发生岩爆,且位于拱顶-拱腰段主要原因是轴线接近垂直的水平向地应力为最大主应力的缘故。2)巴玉隧道为深埋长大铁路隧道,沿线岩体坚硬、完整性好。轴向应力场以竖向应力为主。水平构造应力场处在较高的能量值水平。围岩拱脚易出现应力集中,最大主应力值高达96MPa,具有发生中高等岩爆活动条件。3)结合不同地质条件下的岩爆特点,我们需要加强对引起岩爆的机理模拟研究,现阶段岩爆施工往往是伴随高地应力释放,围岩的内应力重新分布平衡的一个过程,对设计选择线路及埋深设定都是有现实的指导意义的。
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